計算機視覺檢測技術的研究與應用

高楊

【摘 要】作為一種新興的檢測技術，視覺檢測技術是從計算機視覺研究發展起來的；以視覺傳感器為基礎的檢測系統具有較強的抗干擾能力，檢測效率較高，而且組成簡單，能夠很好地在生產現場進行在線、非接觸檢測與監控。本文對計算機視覺技術的工作原理、系統組成和在制造業方面的運用進行研究。

【關鍵詞】計算機 視覺檢測 制造業

在精密測試技術領域，計算機視覺藝術具有最大的發展潛力，它將電子學、圖像處理、光學探測和計算機技術綜合起來進行運用，在工業檢測中引入機器視覺，能夠快速測量物品平面或三維位置尺寸，其主要特點有：柔性好、速度快和非接觸性，在現代制造業中有著非常廣闊的應用前景。

目前，國內視覺檢測領域所需要的視覺檢測設備大多是進口的，國內生產的設備缺乏較高的檢驗精度和較強的實時性；但是進口設備大大增加了檢測成本，不少中小企業無力承擔。面對國內檢測需求日益增加的情況，積極進行成本較低，精度較高的檢測設備的開發，成為一個亟須解決的問題，需要引起重視。

1檢測系統的工作原理

計算機視覺檢測系統工作流程分為三個部分，分別是圖像信息獲取、圖像信息處理以及機電系統執行檢測結果。如果系統有需求，能夠借助人機界面對參數進行實時的設置與調整。當被檢測對象移動到特定的位置時，位置傳感器就會發現它，會將探測到被檢測物體的電脈沖信號發送給PLC控制器，經過計算，PLC控制器將物體移動到CCD相機采集位置的時間出來，然后將觸發信號準確地發送給圖像采集卡，采集卡檢測到此信號后，會要求CCD相機立即進行圖像采集。被采集到的物體圖像會以BMP文件的形式發送到工控機，運用專門的分析工具軟件分析處理圖像，分析檢測對象是否與設計要求相符合，執行機會依據合格或者不合格的信號對被檢測物體進行相應處理。經過這樣的反復的工作，系統對被檢測物體進行隊列連續處理。如圖1。

2計算機視覺檢測系統的組成

在工業檢測領域，計算機檢測系統可以在尺寸測量、工件定位、特征檢測、圖形圖像以及字符識別等方面進行運用。計算機視覺檢測系統按照功能模塊可以劃分為圖像信息獲取模塊、圖像信息處理模塊、人機交互模塊、機電執行模塊以及系統控制模塊五部分。各個部分之間的存在如圖2所示的邏輯關系，其中處于核心位置的是系統控制模塊，系統控制不論是在被檢測物體位置信息的觸發，還是機電執行模塊所需檢測結果信息的獲取等等各個方面，都必須參與其中，否則無法完成；而人際交互模塊更是與核心模塊有著直接聯系，通過與其直接通信，以便實時更新檢測系統參數以及執行指令等。

3計算機視覺檢測技術在制造業上的應用

3.1應用于汽車車身檢測的視覺檢測技術

現代汽車制造業的生產周期日益縮短，生產日益集團化，原材料和零部件供應呈現大宗化，而這正是給運用計算機視覺檢測技術提供了客觀環境。該系統包括三維視覺傳感器系統、電器控制與接口系統、機械及定位系統、標定系統以及計算機等部分，其測量步驟如下：首先在電氣控制系統下初步定位運送車身；然后借助專門的控制系統準確定位待測位置；接著用計算機進行檢查點圖像的采集與處理；最后，將被監測點的坐標參數計算出來。檢測系統應該能夠實時控制單光條、多光條、雙目立體視覺以及十字叉絲等傳感器的動作；按照要求順序，全部視覺傳感器進行測量，然后轉換測量結果，將其放置于測量坐標中；經過自動識別，能夠對裝配結果進行判斷。這一視覺檢測方法具有效率高、自動化、精度好的特點，能夠很好地滿足汽車工作的需求。

3.2為智能焊接的實現解決核心難題

在焊接領域，對智能焊接機器人的研究已經成為關注的重點，智能焊接機器人要求能夠識別環境目標，對焊接參數進行調整，并實時精確跟蹤軌跡。比如在潛艇、大型輪船的制造中，焊接是十分重要的環節，焊接質量直接關系到后續的制造環節以及潛艇、輪船的強度和安全性。智能焊接機器人在紅外攝像儀、高速攝像機以及CCD攝像機等高精度圖像傳感設備的輔助下，采用智能化圖像處理方法能夠進行圖像焊接，檢測焊接空間位置，規劃焊炬姿態，對焊接熔池特征參數進行實時提取，對焊接組織、機構和性能進行預測等，能夠在很多人類難以進行作業的場合完成焊接工作，在焊接過程中，通過數個光電接收陣列對檢測組建進行多維視覺傳感，并綜合處理所獲取的信息。目前國外KUKA，Motoman，GMF，Adept等廠家已經開發出智能焊接機器人，其裝配了計算機視覺檢測功能，并且已經廣泛應用于潛艇與航天器的生產中。

3.3提高手機生產檢測速度

隨著手機設計精密程度的日益提高，人工檢驗已經難以適應大規模生產，這是因為其需要的測量投影儀較多，檢測速度慢。而采用計算機視覺檢測系統能夠自動檢測電路板組建中的連接器以及內部零件等，檢測速度快、測量結果準確，具有較強的擴展性和較高的性價比。檢測系統主要就是測量計算機接口電路板組件中各個連接器特定位置的幾何尺寸，這里面包括連接器內部零件的尺寸、間距以及連機器與PCB底板的相對位置；另外還要對連接器與標準是否相符以及內部零件被損壞與否。系統可以將質量檢驗的效率大大提升，而且也能夠使產品質量得到保障，實現降低檢驗成本的目的。

結語

作為一種新興的檢測技術，計算機視覺檢測技術對我國計算機視覺檢測產品的發展起到了很大的推動作用，使其不斷向更高層次邁進，同時也為我國制造業的發展做出了貢獻，具有廣闊的發展前景。

【參考文獻】

[1]王愛民，沈蘭蓀. 圖像分割研究綜述[J]. 測控技術，2000（05）

[2]陳熙霖. 視覺計算——人類感知能力的延伸[J]. 測控技術，2000（05） .

[3] 汪孔橋. 數字圖像的質量評價[J]. 測控技術，2000（05） .

[4]王永剛，衛保國. 基于數碼相機的圖像采集系統[J]. 測控技術，2000（05） .

[5]應駿，何國鋒，葉秀清. 基于PCI總線的立體視覺系統實現非接觸式實時測量[J]. 測控技術，2000（02） .endprint

【摘 要】作為一種新興的檢測技術，視覺檢測技術是從計算機視覺研究發展起來的；以視覺傳感器為基礎的檢測系統具有較強的抗干擾能力，檢測效率較高，而且組成簡單，能夠很好地在生產現場進行在線、非接觸檢測與監控。本文對計算機視覺技術的工作原理、系統組成和在制造業方面的運用進行研究。

【關鍵詞】計算機 視覺檢測 制造業

在精密測試技術領域，計算機視覺藝術具有最大的發展潛力，它將電子學、圖像處理、光學探測和計算機技術綜合起來進行運用，在工業檢測中引入機器視覺，能夠快速測量物品平面或三維位置尺寸，其主要特點有：柔性好、速度快和非接觸性，在現代制造業中有著非常廣闊的應用前景。

目前，國內視覺檢測領域所需要的視覺檢測設備大多是進口的，國內生產的設備缺乏較高的檢驗精度和較強的實時性；但是進口設備大大增加了檢測成本，不少中小企業無力承擔。面對國內檢測需求日益增加的情況，積極進行成本較低，精度較高的檢測設備的開發，成為一個亟須解決的問題，需要引起重視。

1檢測系統的工作原理

計算機視覺檢測系統工作流程分為三個部分，分別是圖像信息獲取、圖像信息處理以及機電系統執行檢測結果。如果系統有需求，能夠借助人機界面對參數進行實時的設置與調整。當被檢測對象移動到特定的位置時，位置傳感器就會發現它，會將探測到被檢測物體的電脈沖信號發送給PLC控制器，經過計算，PLC控制器將物體移動到CCD相機采集位置的時間出來，然后將觸發信號準確地發送給圖像采集卡，采集卡檢測到此信號后，會要求CCD相機立即進行圖像采集。被采集到的物體圖像會以BMP文件的形式發送到工控機，運用專門的分析工具軟件分析處理圖像，分析檢測對象是否與設計要求相符合，執行機會依據合格或者不合格的信號對被檢測物體進行相應處理。經過這樣的反復的工作，系統對被檢測物體進行隊列連續處理。如圖1。

2計算機視覺檢測系統的組成

在工業檢測領域，計算機檢測系統可以在尺寸測量、工件定位、特征檢測、圖形圖像以及字符識別等方面進行運用。計算機視覺檢測系統按照功能模塊可以劃分為圖像信息獲取模塊、圖像信息處理模塊、人機交互模塊、機電執行模塊以及系統控制模塊五部分。各個部分之間的存在如圖2所示的邏輯關系，其中處于核心位置的是系統控制模塊，系統控制不論是在被檢測物體位置信息的觸發，還是機電執行模塊所需檢測結果信息的獲取等等各個方面，都必須參與其中，否則無法完成；而人際交互模塊更是與核心模塊有著直接聯系，通過與其直接通信，以便實時更新檢測系統參數以及執行指令等。

3計算機視覺檢測技術在制造業上的應用

3.1應用于汽車車身檢測的視覺檢測技術

現代汽車制造業的生產周期日益縮短，生產日益集團化，原材料和零部件供應呈現大宗化，而這正是給運用計算機視覺檢測技術提供了客觀環境。該系統包括三維視覺傳感器系統、電器控制與接口系統、機械及定位系統、標定系統以及計算機等部分，其測量步驟如下：首先在電氣控制系統下初步定位運送車身；然后借助專門的控制系統準確定位待測位置；接著用計算機進行檢查點圖像的采集與處理；最后，將被監測點的坐標參數計算出來。檢測系統應該能夠實時控制單光條、多光條、雙目立體視覺以及十字叉絲等傳感器的動作；按照要求順序，全部視覺傳感器進行測量，然后轉換測量結果，將其放置于測量坐標中；經過自動識別，能夠對裝配結果進行判斷。這一視覺檢測方法具有效率高、自動化、精度好的特點，能夠很好地滿足汽車工作的需求。

3.2為智能焊接的實現解決核心難題

在焊接領域，對智能焊接機器人的研究已經成為關注的重點，智能焊接機器人要求能夠識別環境目標，對焊接參數進行調整，并實時精確跟蹤軌跡。比如在潛艇、大型輪船的制造中，焊接是十分重要的環節，焊接質量直接關系到后續的制造環節以及潛艇、輪船的強度和安全性。智能焊接機器人在紅外攝像儀、高速攝像機以及CCD攝像機等高精度圖像傳感設備的輔助下，采用智能化圖像處理方法能夠進行圖像焊接，檢測焊接空間位置，規劃焊炬姿態，對焊接熔池特征參數進行實時提取，對焊接組織、機構和性能進行預測等，能夠在很多人類難以進行作業的場合完成焊接工作，在焊接過程中，通過數個光電接收陣列對檢測組建進行多維視覺傳感，并綜合處理所獲取的信息。目前國外KUKA，Motoman，GMF，Adept等廠家已經開發出智能焊接機器人，其裝配了計算機視覺檢測功能，并且已經廣泛應用于潛艇與航天器的生產中。

3.3提高手機生產檢測速度

隨著手機設計精密程度的日益提高，人工檢驗已經難以適應大規模生產，這是因為其需要的測量投影儀較多，檢測速度慢。而采用計算機視覺檢測系統能夠自動檢測電路板組建中的連接器以及內部零件等，檢測速度快、測量結果準確，具有較強的擴展性和較高的性價比。檢測系統主要就是測量計算機接口電路板組件中各個連接器特定位置的幾何尺寸，這里面包括連接器內部零件的尺寸、間距以及連機器與PCB底板的相對位置；另外還要對連接器與標準是否相符以及內部零件被損壞與否。系統可以將質量檢驗的效率大大提升，而且也能夠使產品質量得到保障，實現降低檢驗成本的目的。

結語

作為一種新興的檢測技術，計算機視覺檢測技術對我國計算機視覺檢測產品的發展起到了很大的推動作用，使其不斷向更高層次邁進，同時也為我國制造業的發展做出了貢獻，具有廣闊的發展前景。

【參考文獻】

[1]王愛民，沈蘭蓀. 圖像分割研究綜述[J]. 測控技術，2000（05）

[2]陳熙霖. 視覺計算——人類感知能力的延伸[J]. 測控技術，2000（05） .

[3] 汪孔橋. 數字圖像的質量評價[J]. 測控技術，2000（05） .

[4]王永剛，衛保國. 基于數碼相機的圖像采集系統[J]. 測控技術，2000（05） .

[5]應駿，何國鋒，葉秀清. 基于PCI總線的立體視覺系統實現非接觸式實時測量[J]. 測控技術，2000（02） .endprint

【摘 要】作為一種新興的檢測技術，視覺檢測技術是從計算機視覺研究發展起來的；以視覺傳感器為基礎的檢測系統具有較強的抗干擾能力，檢測效率較高，而且組成簡單，能夠很好地在生產現場進行在線、非接觸檢測與監控。本文對計算機視覺技術的工作原理、系統組成和在制造業方面的運用進行研究。

【關鍵詞】計算機 視覺檢測 制造業

在精密測試技術領域，計算機視覺藝術具有最大的發展潛力，它將電子學、圖像處理、光學探測和計算機技術綜合起來進行運用，在工業檢測中引入機器視覺，能夠快速測量物品平面或三維位置尺寸，其主要特點有：柔性好、速度快和非接觸性，在現代制造業中有著非常廣闊的應用前景。

目前，國內視覺檢測領域所需要的視覺檢測設備大多是進口的，國內生產的設備缺乏較高的檢驗精度和較強的實時性；但是進口設備大大增加了檢測成本，不少中小企業無力承擔。面對國內檢測需求日益增加的情況，積極進行成本較低，精度較高的檢測設備的開發，成為一個亟須解決的問題，需要引起重視。

1檢測系統的工作原理

計算機視覺檢測系統工作流程分為三個部分，分別是圖像信息獲取、圖像信息處理以及機電系統執行檢測結果。如果系統有需求，能夠借助人機界面對參數進行實時的設置與調整。當被檢測對象移動到特定的位置時，位置傳感器就會發現它，會將探測到被檢測物體的電脈沖信號發送給PLC控制器，經過計算，PLC控制器將物體移動到CCD相機采集位置的時間出來，然后將觸發信號準確地發送給圖像采集卡，采集卡檢測到此信號后，會要求CCD相機立即進行圖像采集。被采集到的物體圖像會以BMP文件的形式發送到工控機，運用專門的分析工具軟件分析處理圖像，分析檢測對象是否與設計要求相符合，執行機會依據合格或者不合格的信號對被檢測物體進行相應處理。經過這樣的反復的工作，系統對被檢測物體進行隊列連續處理。如圖1。

2計算機視覺檢測系統的組成

在工業檢測領域，計算機檢測系統可以在尺寸測量、工件定位、特征檢測、圖形圖像以及字符識別等方面進行運用。計算機視覺檢測系統按照功能模塊可以劃分為圖像信息獲取模塊、圖像信息處理模塊、人機交互模塊、機電執行模塊以及系統控制模塊五部分。各個部分之間的存在如圖2所示的邏輯關系，其中處于核心位置的是系統控制模塊，系統控制不論是在被檢測物體位置信息的觸發，還是機電執行模塊所需檢測結果信息的獲取等等各個方面，都必須參與其中，否則無法完成；而人際交互模塊更是與核心模塊有著直接聯系，通過與其直接通信，以便實時更新檢測系統參數以及執行指令等。

3計算機視覺檢測技術在制造業上的應用

3.1應用于汽車車身檢測的視覺檢測技術

現代汽車制造業的生產周期日益縮短，生產日益集團化，原材料和零部件供應呈現大宗化，而這正是給運用計算機視覺檢測技術提供了客觀環境。該系統包括三維視覺傳感器系統、電器控制與接口系統、機械及定位系統、標定系統以及計算機等部分，其測量步驟如下：首先在電氣控制系統下初步定位運送車身；然后借助專門的控制系統準確定位待測位置；接著用計算機進行檢查點圖像的采集與處理；最后，將被監測點的坐標參數計算出來。檢測系統應該能夠實時控制單光條、多光條、雙目立體視覺以及十字叉絲等傳感器的動作；按照要求順序，全部視覺傳感器進行測量，然后轉換測量結果，將其放置于測量坐標中；經過自動識別，能夠對裝配結果進行判斷。這一視覺檢測方法具有效率高、自動化、精度好的特點，能夠很好地滿足汽車工作的需求。

3.2為智能焊接的實現解決核心難題

在焊接領域，對智能焊接機器人的研究已經成為關注的重點，智能焊接機器人要求能夠識別環境目標，對焊接參數進行調整，并實時精確跟蹤軌跡。比如在潛艇、大型輪船的制造中，焊接是十分重要的環節，焊接質量直接關系到后續的制造環節以及潛艇、輪船的強度和安全性。智能焊接機器人在紅外攝像儀、高速攝像機以及CCD攝像機等高精度圖像傳感設備的輔助下，采用智能化圖像處理方法能夠進行圖像焊接，檢測焊接空間位置，規劃焊炬姿態，對焊接熔池特征參數進行實時提取，對焊接組織、機構和性能進行預測等，能夠在很多人類難以進行作業的場合完成焊接工作，在焊接過程中，通過數個光電接收陣列對檢測組建進行多維視覺傳感，并綜合處理所獲取的信息。目前國外KUKA，Motoman，GMF，Adept等廠家已經開發出智能焊接機器人，其裝配了計算機視覺檢測功能，并且已經廣泛應用于潛艇與航天器的生產中。

3.3提高手機生產檢測速度

隨著手機設計精密程度的日益提高，人工檢驗已經難以適應大規模生產，這是因為其需要的測量投影儀較多，檢測速度慢。而采用計算機視覺檢測系統能夠自動檢測電路板組建中的連接器以及內部零件等，檢測速度快、測量結果準確，具有較強的擴展性和較高的性價比。檢測系統主要就是測量計算機接口電路板組件中各個連接器特定位置的幾何尺寸，這里面包括連接器內部零件的尺寸、間距以及連機器與PCB底板的相對位置；另外還要對連接器與標準是否相符以及內部零件被損壞與否。系統可以將質量檢驗的效率大大提升，而且也能夠使產品質量得到保障，實現降低檢驗成本的目的。

結語

作為一種新興的檢測技術，計算機視覺檢測技術對我國計算機視覺檢測產品的發展起到了很大的推動作用，使其不斷向更高層次邁進，同時也為我國制造業的發展做出了貢獻，具有廣闊的發展前景。

【參考文獻】

[1]王愛民，沈蘭蓀. 圖像分割研究綜述[J]. 測控技術，2000（05）

[2]陳熙霖. 視覺計算——人類感知能力的延伸[J]. 測控技術，2000（05） .

[3] 汪孔橋. 數字圖像的質量評價[J]. 測控技術，2000（05） .

[4]王永剛，衛保國. 基于數碼相機的圖像采集系統[J]. 測控技術，2000（05） .

[5]應駿，何國鋒，葉秀清. 基于PCI總線的立體視覺系統實現非接觸式實時測量[J]. 測控技術，2000（02） .endprint